建筑給排水系統中節能節水技術的應用

李鵬飛

（濟南建設設備安裝有限責任公司，山東 濟南 250033）

0 引言

在“雙碳”目標背景下，建筑節能降耗是實現“雙碳”目標，推動綠色發展的關鍵所在，所以建筑設計要關注給排水節能節水設計，全面降低建筑水資源消耗，滿足建筑節能節水的實際需求。因此，本文結合實際工程案例，對于建筑給排水節能節水技術的應用進行了探析，為降低建筑能耗，踐行綠色發展理念提供參考。

1 工程概況

某高層建筑位于南方某市核心區域，建筑高度為320m，為該區域的標志性建筑。該項目總用地面積、總建筑面積分別為56670m2、414798m2。建筑分為辦公區域、酒店、展館與裙樓，地下室共4層，地上部分共66層。該高層建筑在給排水設計時，為節約水資源，采用節水技術，加強對水資源的利用，踐行建筑綠色發展理念。

2 給排水系統

2.1 給水系統

建筑水源來源于市政自來水，引入1根DN300進戶管，滿足項目的用水需求。按照建筑實際情況，酒店、辦公與商業設置計量總水表，數量為2只，在對生活用水量進行確定時，可按照最高日與最大時設計，二者分別為4044m3/d、437m3/h。

在供水方式上裙房商業、辦公與酒店采用不同的方式。裙房商業的生活水池在水泵房內單獨設置，供水采用變頻恒壓方式；辦公區域采用二級串聯水泵－水箱聯合供水方式；酒店B2層洗衣房、B4層需單獨設置，分別為軟水系統（變頻恒壓供水）、軟水處理裝置和軟水貯存池（變頻泵恒壓供水）；裙房衛生間使用中水，也就是對酒店標準層的生活廢水進行收集，并經過處理合格后供給衛生間[1]。電加熱熱水器供給辦公和裙房衛生間洗手盆用水，采取集中制備的方式供給熱水，采用高溫熱水作為熱媒，半容積式熱交換器提供。太陽能熱水系統負責局部淋浴間的熱水供給。

2.2 排水系統

在該項目中所采取的排水方式為室內污、廢水分流制。將環形通氣管設置在公共衛生間，將器具通氣管設置在酒店衛生間。酒店餐飲部分的排水需合理處理，在一級、二級隔油器處理后可以直接排入生活污水管道[2]。單獨設置酒店隔油間。將隔油、沉砂集水井設置在車庫，污水一體化提升裝置設置在地下室衛生間。酒店每天都會產生大量的污水與廢水，要對污水與廢水進行處理，處理合格后方可與雨水管匯集到一起，然后排入新建市政雨污合用的窨井中。排水系統不僅要分流，更要處理好污水，保證污水達到標準后再排走，這樣才能確保建筑排水系統符合節能節水標準。

2.3 雨水系統

雨水系統是建筑給排水節能節水技術的要點所在，通過對雨水的收集能有效提升水資源的利用率。在建筑屋頂采用虹吸排水系統，部分裙房屋面采用重力排水系統。在建筑物給排水系統中虹吸排水系統是重要組成部分，可以對降落在建筑物屋面的雨水進行排除，避免建筑屋頂發生滲漏水問題[3]。虹吸排水系統無須設置坡度，雨水可以速度排除，避免形成屋面積水。虹吸排水系統設置時，要求與墻之間的距離要≥1m；雨水斗間距＜20m；在檐溝內安裝雨水斗，要求檐溝寬度、檐溝斗的雨水斗安裝開口分別為≥350mm、70mm×270mm-290mm×290mm。

部分裙房屋面的重力排水系統設計，往往會將格柵帽雨水斗和側入式雨水斗歸為重力流雨水斗，但在屋面斗前格柵帽雨水斗的水深沒有達到溢流水位要求，這時就會存在重力流態、兩相流態和壓力流態。因此格柵帽雨水斗并非真正意義上的重力流雨水斗。滿管壓力流形成時的斗前水深虹吸斗、87型雨水斗、格柵帽雨水斗分別為78.6mm、92mm、125mm。

2.4 循環冷卻水系統

循環冷卻水系統在高層建筑中的應用十分普遍，在綠色建筑與節能減排背景下，要求能對循環冷卻水系統進行配置，減少對水資源的消耗，同時也要對噪聲與振動進行控制，確保能滿足該項目的實際需求[4]。將獨立的循環冷卻水系統分別設置在酒店、辦公和裙房商業區。冷卻水進、出水溫差需合理控制，控制為5℃，冷卻塔濕球溫度為28.5℃。由于裙房下方為商業區，所以要考慮噪聲和震動，可以采用浮筑地臺加彈簧減震器應對。在確定循環冷卻水量時，可以采用公式（1）。

式中：Q——冷卻水量，m3/h；

QK——冷凝器所需置換的熱量，kW；

Q0——制冷量，kW；

?T——冷卻水進出口溫度差，℃；

K——制冷機自耗功率系數。

2.5 消防系統

該項目采用串聯式消防給水系統，消防轉輸水泵設置在消防泵房內，當遇到火災避難層消防轉輸水箱的補水由消防轉輸水泵供給。串聯式消防給水系統具有較強的可靠性，且噪聲相對較小。該項目中消防水量可按照表1進行計算。

表1 消防水量

地下4層的生活原水池、屋頂水箱貯存的消防用水量分別為200m3、36m3；地下4層、34層的水箱、65層的水箱、18層及50層的水箱貯存的消防用水分別為200m3、100m3、576m3、18m3。將智能化消防水炮系統設置在高度超過12m的區域，智能化消防水炮系統具有噴射距離遠、響應速度快、智能化自動化水平高等優勢，在應用中能有效降低火災帶來的危害。

3 建筑給排水節能節水技術的應用

在該項目給排水節能節水設計中，要針對不同的區域設置不同的供水方式，且要求能重視環境保護，要求廢水與污水必須經過處理，檢測合格后才可以排入污水管道。該項目主要應用了以下幾項節能節水技術[5]。

3.1 雨水的再次回收利用

該項目的雨水收集主要集中在高層虹吸雨水排水系統、下沉式廣場的雨水收集中。首先，超高層虹吸雨水排水系統。建筑受到周圍環境的影響，大部分屋面雨水只能采取虹吸系統，一部分雨水管采用包柱走室外覆土的形式。將虹吸雨水排水系統設置在超高層屋面，為讓雨水能順利排放，要將消能裝置設置在雨水立管低區的1～8層部分。其次，下沉式廣場的雨水收集。下沉廣場的設計不僅能為該項目提供更多場所，還能為項目提供綠化景觀，帶來優美的視覺享受，但這也增加了雨水處理難度[6]。將400mm寬隱蔽式暗溝設置在各層的下沉廣場的輪廓線周邊；將DN150的雨水斗設置在暗溝內，雨水斗上設置防護濾網，排入雨水井。采用多臺泵的運行方式設置雨水泵，雨水泵2用1備，在雨量較大時3臺泵可以同時啟動。雨水調蓄池、處理工藝及雨水清水池設置在地下4層，對收集到的雨水進行沉淀、過濾、消毒處理，確保處理過的雨水能滿足綠植灌溉、馬桶用水等需求。

3.2 太陽能熱水器的應用

太陽能屬于清潔能源與可再生能源，在現代建筑節能設計中太陽能的應用十分普遍，常見的為太陽能熱水器。太陽能熱水器由多個元件組成，主要有配水管、循環泵等。熱水器也分為真空管型熱水器與平板型熱水器[7]。真空管型熱水器的構造比較簡單，價格相對較低，加熱可以在玻璃管內直接進行，熱水可以運用落水法獲取；平板型熱水器的冷卻相對較差，但其結構、成本與真空管型熱水器相同。在該項目中，將太陽能熱水器應用在員工宿舍、辦公區域的熱水供給中。太陽能熱水器的應用，能有效降低建筑能耗，達到建筑節能目的。

3.3 選擇節水型衛生潔具

節水量需按照LEED評級采取相應的手段，確保建筑總體用水量相對基準建筑能減少20%。在該項目中所采用的雙沖水馬桶、小便器、盥洗室水龍頭、廚房用水龍頭、淋浴花灑分別采用3/4.5L/次、0.5L/次、1.2L/min、3.8L/min、6.6L/min；為滿足LEED的認證要求，采用食品級不銹鋼水箱作為機房內生活水箱，確保全部器具能滿足節能節水要求。

3.4 節能型給水加壓設備的應用

市政供水二次增壓設計中，地下室生活水箱內引入市政供水，然后再應用變頻加壓裝備讓水能輸送到對應的地點。在該項目中采用無負壓式供水裝備，目前無負壓式供水裝備分為穩流罐式與調節水箱式兩種，在水泵前裝設壓力密封罐的是罐式無負壓供水設備。這種方式的水泵通過穩流罐吸水，加壓后供至用戶，在降低對公共供水管網的影響時，所采用的調節設備為穩流補償器[8]；調節水箱式的穩流補償器設置在設有不承壓的調節水箱內，每天水箱可以在電控裝置下循環2次以上，確保水質不變。

采用箱式無負壓供水設備，公共供水管網壓力≤0.2MPa時，關閉無負壓裝置，打開無負壓進水裝置，供水由水箱完成；公共供水管網壓力≥0.2MPa時，打開無負壓裝置，關閉無負壓進水裝置需延時10min，供水由公共供水管網完成。在設備安裝時，需明確安裝工藝流程：檢查安裝池，確保其符合要求→檢查設備→在各自基礎上固定設備→連接水管與電纜→試運行→調試。

3.5 消防系統的創新設計

該項目屬于超高層建筑，所以要對規范的臨時高壓系統和常高壓消防系統進行創新，在不同區域采用不同的滅火形式。該項目中酒店、辦公及裙房、65層以上樓層的消防系統分別采用臨時高壓系統、常高壓消防系統、穩高壓系統。

臨時高壓系統可以實現一泵到頂，該技術具有較強的創新性，在地下4層設置酒店消防泵房，最不利點標高、整體高差分別為171m、190m。同時由于避難層設置在7層，且建筑物的造型為“月牙”型，設計時機房面積受到限制；酒店客房層對設備的噪聲處理有較高要求，如果設備噪聲太大會影響酒店運營；7層的標高、離最不利標高距離分別為31m、140m[9]。通過綜合分析，可以采用一泵到頂的臨時高壓系統。超高層常高壓系統的應用，能有效滿足該項目的實際需求。常高壓消防系統的主要區域為辦公及裙房。通過對城市自來水管網的利用，可以節約項目內部機房面積。

超高層建筑使用了高壓細水霧滅火系統，這種系統的用水量較小，且具有較高的滅火性能，且二次損害不大，具有較強的綜合防災能力。高壓細水霧滅火系統主要運用在網絡機房、通信機房、發電機房等區域。酒店B4層、辦公區域分別設置1套高壓細水霧滅火系統、2套高壓細水霧滅火系統。高壓細水霧滅火系統的壓力在10MPa以上時，采用柱塞泵，系統壓力能達到100～200MPa，可以產生DV0.99＜100μm的水霧。

3.6 合理配置減壓設備

超高層建筑在使用過程中超壓出流問題必須面對，建筑給排水設計過程中通過減壓裝備的使用有效控制底層水壓。該項目中所使用的減壓設備配置為可調比例式減壓閥。可調比例式減壓閥在液壓原理下，讓閥后壓力與閥前壓力有一定的比例關系，加壓閥由閥體、活塞等組成。在高層建筑消防給水系統中管網上無用水時，要求閥前后壓力比在閥門關閉后處于定值。可調比例式減壓閥的減壓比一般有1.5:1、2:1、3:1和4:1等幾種。可調比例式減壓閥在選擇時要明確出口靜壓與出口動力，可以使用公式（2）進行計算。

式中：P1—進口壓力，MPa；

P2—出口靜壓，MPa；

α—減壓比；

—出口動力，MPa；

β—動壓系數。

3.7 中水多次循環使用

中水就是對人們生活中所產生的廢水進行處理，讓廢水達到一定的水質標準后再循環利用。在該項目中中水來源為酒店、辦公、餐飲等。中水循環利用可以將其作為城市綠化、道路清洗的水源。中水水量的確定對系統設計、設備選擇等具有重要價值，所以建筑物中水源水量的計算為：

式中：Q1——原水水量，m3/h；

α——最高日供水水量對平均日供水水量的折扣系數；

β——建筑物供水水量對排水水量的折減系數；

Qd——最高生活用水水量，m3/h；

b——建筑物分項給水百分率。

同時，也要合理選擇中水處理工藝，處理工藝有物化處理工藝、物化處理與生物處理相結合的工藝等，結合項目實際情況選擇合適的處理工藝。

4 結束語

綜上所述，建筑給排水設計時，選用節能節水技術就是要從節能、節水、水資源的利用、污水處理等多個角度出發，順應節能減排綠色建筑的發展趨勢，讓建筑的整體能耗下降，降低水資源的浪費。隨著現代科學技術的快速發展，建筑給排水節能節水設計將向智能化與自動化方向發展，這也是未來研究的焦點。